Als je de laatste tijd verhalen over kwantumonderzoek hebt gelezen, in Columbia News of elders, heb je misschien van de term gehoord 2D- of tweedimensionale materialen.
Een illustratie van de atomaire structuur van grafeen, een ultrasterke 2D-vorm van koolstof.
In januari publiceerden scheikundigen van Columbia een onderzoek over de eerste 2D zwaar fermion, een materiaalklasse met zeer zware elektronen. In november publiceerde de Faculteit Ingenieurswetenschappen een artikel over “Laseraandrijving van een 2D-materiaal.” En begin vorig jaar, De onderzoekers vonden supergeleiding en ferro-elektriciteit in hetzelfde 2D-materiaal.. De lijst gaat verder.
Dus wat zijn 2D-materialen en waarom zijn wetenschappers zo geïnteresseerd?
Tweedimensionale materialen zijn precies hoe ze klinken: materialen die slechts 1 of 2 atomen dik zijn, maar breder zijn in alle andere richtingen. Vaak zijn de 2D-materialen waarmee wetenschappers werken enkele vierkante micrometers groot, onzichtbaar voor het blote oog maar zichtbaar met het soort microscoop dat je misschien hebt gebruikt in de natuurkundelessen op de middelbare school. De 2D-materialen waarmee wetenschappers werken zijn een mix van natuurlijke materialen, zoals grafeen, een ultrasterke vorm van koolstof die in 2004 in Columbia werd ontdekt, en materialen die in laboratoria zijn gesynthetiseerd, zoals CeSil, een kristal dat vorig jaar voor het eerst in Columbia werd geassembleerd. . samengesteld uit cerium, silicium en jodium. Deze materialen beginnen meestal driedimensionaal, en wetenschappers reduceren ze tot twee dimensies om er experimenten mee uit te voeren en te ontdekken welke fysische eigenschappen, zoals supergeleiding of magnetisme, zou kunnen ontstaan als materialen platte atomen hebben. Wetenschappers werken aan de ontwikkeling van nieuwe manieren om vanuit het niets 2D-materialen te creëren, zonder ze van 3D te hoeven scheiden, maar de kwaliteit hiervan is nog steeds niet perfect.
Er zijn veel dingen die 2D-materialen interessant maken, maar een van de belangrijkste dingen is dat ze de manieren beperken waarop deeltjes zoals elektronen erin kunnen bewegen. Columbia-chemicus Xavier Roy gebruikte een verkeersanalogie om dit uit te leggen:
“Denk er zo over na: als we vliegende auto’s hadden die in de driedimensionale ruimte konden reizen, zouden we het grootste deel van het verkeer in New York kunnen verminderen. Maar omdat onze huidige auto’s slechts in twee dimensies kunnen reizen, krijgen we enorme files op Times Square”, zei Roy onlangs in een interview.
“Hetzelfde gebeurt met elektronen als we van 3D naar 2D gaan, maar in ons geval is het ‘verkeer’ tussen elektronen gunstig! Naarmate deze elektron-elektron-interacties sterker worden, kunnen we de eigenschappen van een materiaal volledig veranderen. Naarmate de dikte van driedimensionale zware fermionmaterialen bijvoorbeeld wordt verminderd (dat wil zeggen, naarmate ze meer tweedimensionaal worden), kunnen ze van magnetisch naar supergeleidend gaan.”
Tweedimensionale materialen kunnen ook relatief eenvoudig worden aangepast: door ze met kleine hoeken tussen de lagen te stapelen, krachten uit te oefenen zoals elektrische velden en magnetische velden, en de materialen te spannen door te roteren of druk uit te oefenen, kunnen hun eigenschappen veranderen. Laten we slechts één voorbeeld nemen: door simpelweg twee vellen van een materiaal genaamd wolfraamdiselenide op elkaar te stapelen, ze te roteren en elektrische lading toe te voegen of te verwijderen, kan het materiaal Het kan veranderen van een elektrisch geleidend metaal in een isolator die elektriciteit blokkeert. en bij terugkomst.
Wetenschappers zijn ook enthousiast over de mogelijke toepassingen van 2D-materialen in technologie, die wetenschappers vaak ‘toepassingen’ noemen.
Tweedimensionale materialen zullen waarschijnlijk een cruciale rol spelen in de volgende generatie elektronica, inclusief kwantumcomputers die nog in ontwikkeling zijn. Omdat? Grotendeels omdat 2D-materialen ultraklein zijn met unieke, regelbare eigenschappen (zoals supergeleiding), en de technologie altijd op zoek is naar iets waarmee sneller, efficiënter en met minder ruimte resultaten kunnen worden bereikt.
Fontein: Columbia Universiteit
!function(f,b,e,v,n,t,s){if(f.fbq)return;n=f.fbq=function(){n.callMethod?
n.callMethod.apply(n,argumenten):n.queue.push(argumenten)};if(!f._fbq)f._fbq=n;
n.push=n;n.loaded=!0;n.version=’2.0′;n.queue=[];t=b.createElement(e);t.async=!0;
t.src=v;s=b.getElementsByTagName(e)[0];s.parentNode.insertBefore(t,s)}(venster,
document,’script’,’https://connect.facebook.net/en_US/fbevents.js’);
fbq(‘init’, ‘1254095111342376’);
fbq(‘track’, ‘Paginaweergave’);
Eerder gepubliceerd in The European Times.
